影響光照度計準(zhǔn)確度的若干原因分析

李彩萍

摘要：照度計是測量光照度的測量器具。照度計應(yīng)用非常廣泛，幾乎各大照明場所都需要用其來進(jìn)行照度檢測，目的是為了保證人們的生活工作環(huán)境或者活動場所有健康的、無污染的光照。目前，無論是房地產(chǎn)業(yè)的建筑室內(nèi)照明、電梯照明，還是機(jī)動車的內(nèi)外照明、工礦企業(yè)的工作環(huán)境照明都需要使用照度計。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，照度計發(fā)揮著舉足輕重的作用，因此照度計的檢定十分重要。

關(guān)鍵詞：計量標(biāo)準(zhǔn);光照度計;準(zhǔn)確度

引言

光照度計是用來測量照度的儀器，它主要由光度頭和顯示器兩部分組成，而光度頭又由余弦修正器、干涉濾光片、光探測器組成。工作時，當(dāng)光輻射通過余弦修正器、干涉濾光片后投射到光頭探測器下時，就會產(chǎn)生一個電信號。經(jīng)過I/V變換，然后通過信號放大器，最后在顯示器上顯示出相應(yīng)的信號，即照度值。

1、光度計量標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)目前建立的主要光度基準(zhǔn)包括：發(fā)光強(qiáng)度和光通量的國家基準(zhǔn)及弱光度國家基準(zhǔn)。

發(fā)光強(qiáng)度基準(zhǔn)是根據(jù)1979年第十六屆國際討論大會對“坎德拉”作為基本單位的新定義復(fù)現(xiàn)的。我國于1982年采用錐腔型電校準(zhǔn)輻射計復(fù)現(xiàn)了發(fā)光強(qiáng)度單位，其相對擴(kuò)展不確定度為0.28%。在1997-1998年國際光度與輻射度委員會（CCPR）組織的國際比對中，參加國際比對的各國實驗室的傳遞標(biāo)準(zhǔn)燈組光強(qiáng)值與國際平均值偏差小于0.2%有英國、澳大利亞、日本、中國、美國、匈牙利、加拿大七個國家，其余各國偏差也不大^[1]。說明參加國際比對的各國實驗室發(fā)光強(qiáng)度單位的量值一致性是比較好的。我國復(fù)現(xiàn)發(fā)光強(qiáng)度單位—坎德拉的標(biāo)準(zhǔn)不確定度很小，僅為0.14%，發(fā)光強(qiáng)度單位與國際平均值十分接近，偏差僅為-0.16%，我國是比對數(shù)據(jù)較好的國家之一。此次發(fā)光強(qiáng)度單位國際比對結(jié)果，總的看是比較令人滿意的。

發(fā)光強(qiáng)度基準(zhǔn)往下依次從量值傳遞到發(fā)光強(qiáng)度副基準(zhǔn)、工作基準(zhǔn)和發(fā)光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)燈。

光照度由發(fā)光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)距離平方反比法則導(dǎo)出，因此，發(fā)光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)同時也是照度標(biāo)準(zhǔn)。在光度測量裝置上，改變光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)燈和照度計探測面間的距離，即可算出不同距離時的光照度值，從而標(biāo)定或校準(zhǔn)光照度計。

總光通量由發(fā)光強(qiáng)度單位導(dǎo)出，光通量基準(zhǔn)采用絕對測量法建立，是由自動分布光度計和發(fā)光強(qiáng)度副基準(zhǔn)燈組構(gòu)成的基準(zhǔn)裝置。對光源發(fā)光強(qiáng)度的空間分布用分布光度計進(jìn)行測量，再由此計算出光源發(fā)出的總光通量。整套光通量副基準(zhǔn)采用計算機(jī)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)處理。我國光通量基準(zhǔn)（10²～10⁴lm）的相對擴(kuò)展不確定度為0.5%，k=3。1997-1998年國際光度與輻射度委員會（CCPR）組織的國際比對中，光通量值與國際平均值的相對偏差為-0.22%^[2]。

弱光度國家基準(zhǔn)出一組性能優(yōu)良的帶有V（λ）濾光器和V'（λ）濾光器的標(biāo)準(zhǔn)探測器組成，并按照發(fā)光強(qiáng)度單位坎德拉（cd）的新定義由電校準(zhǔn)輻射計借助于高度線性的自校準(zhǔn)硅光二極管過渡而復(fù)現(xiàn)弱光照度單位。其相對擴(kuò)展不確定度可達(dá)到1.5%，k=3。

2、誤差分析

在光照度計檢定過程中，影響照度計檢定的因素有很多。除了外界光線、溫濕度、穩(wěn)壓直流電源的電壓波動、標(biāo)準(zhǔn)燈移動過程中所造成的振動、人員讀數(shù)等造成隨機(jī)測量誤差;還有采用平方反比定律所帶來的理論計算誤差，以及標(biāo)準(zhǔn)燈的定位精度、光度頭與燈絲平面調(diào)節(jié)情況、擺放孔徑光闌的位置等所帶來的固有誤差;照度計本身的示值誤差。

2.1隨機(jī)測量誤差

檢定過程中的隨機(jī)測量誤差主要包括外界光線、溫濕度的影響、穩(wěn)壓直流電源的電壓波動、標(biāo)準(zhǔn)燈移動過程中的振動、以及人員讀數(shù)等。在這些隨機(jī)測量誤差中，有些是不可避免，這就需要我們采取措施盡可能的減小誤差影響，比如外界光線、溫濕度等。我們可以將其放在黑暗的恒溫室中，以減小外界光線、溫濕度的影響。為了減小標(biāo)準(zhǔn)燈移動過程中所造成的振動的影響，我們選用光軌以及滑車，并且在測量過程中緩慢滑動來減小振動的影響。而人員讀數(shù)問題，就需要我們檢定人員具備相當(dāng)專業(yè)的檢定知識，并且在檢定過程中認(rèn)真負(fù)責(zé)。

2.2固有誤差

2.2.1平方反比法誤差

在照度計的檢定過程中，照度值是根據(jù)平方反比法計算的。雖然這種方法計算簡單，但在檢定時，要求標(biāo)準(zhǔn)燈的燈絲平面至少大于發(fā)光面或光度頭的測試面的最大線度（燈絲平面、光度頭測試面的對角線長度或直徑）的15倍以上。并且要將光源看成一個點光源，看似很簡單，實際上在實驗中是很難滿足要求的。

在實驗中我們固定光度頭位置，并遮光調(diào)節(jié)零點，然后揭開遮蓋光度頭的蓋子，改變標(biāo)準(zhǔn)燈到光度頭的距離l，讓其在光度頭測試面上產(chǎn)生不同的照度值E，其計算公式如下：

E=

式中：I—發(fā)光強(qiáng)度

通過曲線擬合可以看出照度標(biāo)準(zhǔn)值倒數(shù)與距離的二次擬合性很好，而且通過照度值和測量值的比較圖可以發(fā)現(xiàn)他們之間的差別不大，所以采用平方反比定律是可行的，雖然存在誤差但誤差不大。

2.2.2檢定誤差

檢定過程中測量距離l的值是從光軌上的刻度尺讀取的，它的不準(zhǔn)確性所帶來的誤差為系統(tǒng)的固有誤差，這是不可避免的。但是可以通過一些技術(shù)手段減小誤差。而且在檢定過程中需調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)燈的燈絲平面和光度頭的測試面，使它們垂直于光軌的水平測量軸線，且中心點位于該軸線上，但在實際中，光度頭與燈絲平面調(diào)節(jié)不確定性將造成最終檢定結(jié)果的誤差。

2.2.3光闌的選取及其設(shè)置

在照度測量中還有很多因素的影響，比如距離的測量誤差，探頭的非線性，燈電流的調(diào)整誤差等等，但最主要的還是雜散光的影響，測量中大約有一半的固有誤差是由雜散光造成的，因此光闌的選擇與布置在測量中就顯得尤為重要。我們可以通過目視的方法來檢查光闌是否布置合理，當(dāng)我們從光度頭方向向光源看去的時候我們只看到一個接一個的光闌及光源的，反之當(dāng)我們從光源位置向光度頭看去的時候只看到光闌和光度頭，而且旁邊不應(yīng)該有比光度頭更亮的東西，這樣就說明光闌擺放合理了。

2.3儀器示值誤差

作者在檢定工作中發(fā)現(xiàn)，有些儀器在設(shè)計方面存在很多問題。根據(jù)現(xiàn)有的檢定規(guī)程中，二級照度計的相對示值誤差應(yīng)該在±8%，但是由于一些儀器具有幾個量程，特別是在測量大量程的時候，有些儀器的分辨率不夠，比如在檢定×100量程的時候，我們選用的標(biāo)準(zhǔn)值是2000時，這個照度計測出的數(shù)值是1899lx，但是由于設(shè)置的問題它將后面的數(shù)值舍去，顯示的只是18×100lx，算出的相對示值誤差大于±8%，但事實上它符合二級的，這就導(dǎo)致了檢定過程中的不準(zhǔn)確^[3]。

2.4距離誤差

檢定過程中測量距離l的值是從光軌下的分度尺讀取的，它的不準(zhǔn)確性所帶來的誤差為系統(tǒng)的固有誤差，這是不可避免的。但是可以通過一些技術(shù)手段減小誤差。而且在檢定過程中需調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)燈的燈絲平面和光度頭的測試面，使它們垂直于光軌的水平測量軸線，且中心點位于該軸線下。但在實際操作中，光度頭與燈絲平面調(diào)節(jié)不確定性將造成最終檢定結(jié)果的誤差。

2.5標(biāo)準(zhǔn)燈的燈絲平面與照度計光度探頭調(diào)整不準(zhǔn)確的誤差

標(biāo)準(zhǔn)燈燈絲應(yīng)與照度計光度探頭垂直于光軸且中心位于光軸下，如果沒有完備的調(diào)整裝置，則無法保證測量設(shè)備在同一光路下，產(chǎn)生誤差則是必然的。實際工作中應(yīng)使用水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀等設(shè)備來保證水平垂直，燈架和探頭架應(yīng)可多維調(diào)節(jié)，保證可用科學(xué)精確的方法盡可能減小光路調(diào)整不準(zhǔn)確帶來的誤差。

結(jié)語

光照度計檢定過程中有可能引人誤差的因素較多。本文主要結(jié)合規(guī)程，從工作實際出發(fā)，探討分析了若干影響照度計準(zhǔn)確度的原因并提出了一些解決辦法。

參考文獻(xiàn)

[1]齊鳳河，劉楚明.基于BH1710的照度計設(shè)計[J].大慶師范學(xué)院學(xué)報，2011，31（6）：14-17.

[2]葉德培，趙峰，施昌彥，等.國家計量技術(shù)規(guī)范（JJF1059.1-2012）：測量不確定度評定與表示[S].北京：中國計量出版社，2012.

[3]姜曉梅，高執(zhí)中.國家計量檢定規(guī)程（JJG 245-2005）[S].北京：中國計量出版社，2005.

（作者單位：天津市電子儀表實驗所天津市）